Nr 1038 Włókiennictwo, z. 65 2009
EWELINA BORUSZEWSKA Katedra Włókien Sztucznych Politechniki Łódzkiej
MODYFIKOWANE WŁÓKNA POLIPROPYLENOWE
DO ZASTOSOWA MEDYCZNYCH
Promotor: dr hab. in . Jadwiga Buche ska, prof. PŁ
Recenzenci: dr hab. in . Tadeusz Wódka, prof. PŁ prof. dr hab. n. med. Piotr Kurnatowski
Opracowano dwustopniow metod otrzymywania antybakteryjnych włókien oraz siatek polipropylenowych PP przepuklinowych, na które s wra liwe bakterie Gram+ i Gram-. Modyfikacja polegała na wprowadzeniu, w pierwszym etapie, do makrocz steczek polimeru grup karboksylowych. W drugim etapie modyfikacji wyroby PP napawano roztworem biocydu. Na podstawie bada stwierdzono, e siatki zawieraj ce w swej budowie biocyd s w du ym stopniu aktywne w stosunku do badanych bakterii, nie wykazuj c przy tym działania cytotoksycznego. Wst pne badania (in vivo), wykazały, e modyfikowane siatki nie wykazuj działania dra ni cego.
1. WPROWADZENIE
Włókna polipropylenowe (PP) s obecnie szeroko wykorzystywane w praktyce chirurgicznej. Ze wzgl du na korzystne wła ciwo ci fizyko-mechaniczne i chemiczne znajduj zastosowanie jako materiały chirurgiczne (nici chirurgiczne, siatki przepuklinowe). Wykazuj dobr tolerancj w tkankach i najwi ksz biozgodno obok wyrobów z poli (tetrafluoro etylenu) w porównaniu z innymi materiałami syntetycznymi stosowanymi w medycynie [1, 2]. Polipropylenowe nici chirurgiczne s przeznaczone do u ycia w ogólnych zabiegach zbli ania i podwi zywania tkanki mi kkiej, wł cznie z zabiegami chirurgii naczyniowo-sercowej, okulistycznej i neurologicznej i innych [3, 4].
Przepukliny stanowi jedn z najcz stszych i najpowa niejszych patologii leczonych chirurgicznie. Siatka przepuklinowa ma za zadanie wzmocni od wewn trz osłabione miejsce po przepuklinie oraz zapobiega ewentualnym jej nawrotom. Ilo zabiegów chirurgicznego usuwania przepuklin wci wzrasta.
Zwi zane jest to zarówno ze wzrostem wiadomo ci społecznej jak i post pem w zakresie chirurgii i anestezjologii.
Po operacjach w obszarze jamy brzusznej mog wyst pi ró ne powikłania. Do najcz stszych i najpowa niejszych powikła nale zaka enia bakteryjne, które w dalszym ci gu s przyczyn zwi kszonej chorobowo ci, miertelno ci oraz zwi kszaj koszty leczenia [5]. Zaka enie rany upo ledza gojenie w wyniku czego, mo e doj do rozej cia tkanki pokrywaj cej mi nie i nawrotu przepukliny. Powstaje wówczas przepuklina pooperacyjna [6, 7].
Przełomem w leczeniu przepuklin stały si siatki i nici polipropylenowe, ze wzgl du na ich wła ciwo ci w głównej mierze bardzo du wytrzymało , wysok oboj tno biologiczn i odporno na działanie płynów tkankowych [8-10]. Jak ka dy implant tak i wyroby medyczne z polipropylenu mog wywoła odczyn tkankowy, szczególnie u chorych z obni on odporno ci immunologiczn oraz chorobami układowymi. W prewencji zaka e stosuje si płukanie pola operacyjnego roztworami antybiotyków, lub nas czanie siatki rodkami anty-bakteryjnymi. Z bada wynika, e siatki nasycone antybiotykami lub antyseptykami wykazuj mniejsz podatno na zaka enia i maj wyra ne działanie bakteriobój-cze w toku lebakteriobój-czenia chorego. Jednak lek zastosowany w powy szy sposób ulega bardzo szybko wchłoni ciu, pozbawiaj c implant wła ciwo ci antybakteryjnych. Dlatego te bardziej celowym jest zwi zanie chemiczne leku z tworzywem implantu. Przez co uzyskuje si wielokrotnie wy sz aktywno przeciwbak-teryjn utrzymuj c si nawet przez kilka tygodni.
Wydaje si , e materiały zwi zane chemicznie z biocydem mog odgrywa coraz wi ksz rol w chirurgii implantacyjnej [6, 7, 11-14].
2. CZ
DO WIADCZALNA
2.1. Cel bada
Przedmiotem rozprawy doktorskiej było otrzymanie wyrobów polipropyle-nowych o przedłu onych wła ciwo ciach antybakteryjnych do zastosowa medycznych. W zało eniu chodziło o to, aby biocyd mógł si przył czy do wyrobów PP wi zaniami chemicznymi. Realizacja rozprawy doktorskiej wymagała rozwi zania szeregu zagadnie . Podstawow było opracowanie optymalnych warunków modyfikacji wyrobów polipropylenowych.
2.2. Materiały stosowane w pracy Do bada zastosowano:
− teksturowane włókna polipropylenowe (z których wykonywane s siatki przepuklinowe) 35dtex/50f o skr cie 75 S firmy Chemosvit Fibrochem Svit. Slovak Republic z siedzib w Łodzi,
− siatki przepuklinowe Hermesh 4 włosko − ameryka skiej firmy Herniamesh z siedzib w Gda sku. Parametry siatki: 30 x 30 cm z makroporami o grubo ci 0,45 mm i o dwukierunkowej elastyczno ci.
Wymienione protezy produkowane s zgodnie z normami ISO 9001, posiadaj certyfikaty jako ci i dopuszczenia do stosowania klinicznego Unii Europejskiej CE oraz Komisji Leków (FDA) w USA.
W Polsce zostały zarejestrowane w maju 2003 roku i otrzymały numer Rejestru Wyrobów Medycznych wystawiony przez Urz d Rejestracji Produktów Leczniczych w Warszawie.
Do modyfikacji u yto siatek chirurgicznych niesterylnych. 2.3. Metodyka bada
W pracy zastosowano oryginaln metod szczepienia, znamienn tym, i centra aktywne na wyrobach PP wytwarzane były przed reakcj szczepienia a nie w toku reakcji. W tym celu włókna i siatki chirurgiczne napawano roztworem nadtlenki benzoilu wg [15, 16]. Tak przygotowane próbki wkładano do k pieli szczepi cej, zawieraj cej kwas akrylowy KA o odpowiednim st eniu oraz dodatki usprawniaj ce ten proces, dyspergator NNO i aktywator reakcji DF. Ilo tych dodatków w k pieli szczepi cej była stała i wynosiła po 0,4%wag [17]. Stosunek masy próbek do k pieli szczepi cej wynosił 1:50. Szczepienie prowadzono w atmosferze azotu.
W celu nadania antybakteryjnych wła ciwo ci wst pnie szczepione włókna polipropylenowe i siatki chirurgiczne napawano roztworem Cefoperazonu, Netylmycyny i azotanu srebra; ka dy lek osobno. Przy napawaniu roztworami antybiotyków Cefoperazonem lub Netylmycyn , włókien PP i siatek chirurgicznych moduł k pieli wynosił 1:15.
Badania kinetyki uwalniania biocydów z włókien i siatek chirurgicznych polipropylenowych przeprowadzono metod :
− spektrofotometryczn ((JASCO 570 UV/VIS NIR Spectrophometer, produkcji japo skiej, zakres pomiarów od 190 do 2500 nm) dla:
Cefoperazonu (max. absorpcji = 265 nm) do wody destylowanej, soli
fizjologicznej i buforu cytrynianowi-fosforanowego,
Azotanu srebra (max. absorpcji = 206 nm) do wody destylowanej z dodatkiem
− grawimetryczn dla:
Netylmycyny (antybiotyku maj cego max. absorpcji poza wymienionym zakresem)
do wody destylowanej.
Wła ciwo ci antybakteryjne siatek sprawdzono metod :
− bezpo redni ; mierz c strefy zahamowania wzrostu poszczególnych drobno-ustrojów testowych wokół badanej siatki chirurgicznej,
− kr kowo-dyfuzyjn ; mierz c strefy zahamowania wzrostu bakterii wokół kr ków bibuły o rednicy 15mm z naniesionym roztworem wodnym (20 µl) uzyskanym w wyniku namaczania próbek siatki z odpowiednim lekiem przez 1, 3 b d 7 dni.
Badania działania cytotoksycznego przeprowadzono zgodnie z PN-EN ISO 10993-5 „Biologiczna ocena wyrobów medycznych. Badania cytotoksyczno ci:
metody in vitro” – marzec 2001 przeprowadzono metod po redni z zastosowaniem wyci gów. Badania przeprowadzono na referencyjnej linii komórkowej fibroblastów mysich. Zmiany ilo ciowe i morfologiczne, po kontakcie z badanymi materiałami oceniono po 24, 48 i 72 h w odwróconym mikroskopie kontrastowo-fazowym. W celu okre lenia ilo ci martwych komórek zastosowano barwienie bł kitem trypanu. Stopie toksyczno ci materiałów oceniono na podstawie zmian w morfologii komórek, ich prze ywalno ci i zdolno ci do proliferacji
Badania działania dra ni cego przeprowadzono w Katedrze i Zakładzie Histologii i Embriologii AM we Wrocławiu po wcze niejszym uzyskaniu
zezwolenia Lokalnej Komisji Etycznej we Wrocławiu. Badania przeprowadzono
zgodnie z norm PN-EN ISO 10993-10 (sierpie 2002). „Biologiczna ocena wyrobów medycznych. Badania działania dra ni cego i uczulaj cego”. Badania przeprowadzono metod reaktywno ci ródskórnej z zastosowaniem wyci gów polarnych i niepolarnych. Badania przeprowadzono na 6 królikach albinosach (po 3 zwierz ta dla ka dego rodzaju opatrunku) rasy białej nowozelandzkiej, obojga płci, o redniej masie ciała 2,85 kg.
3. WYNIKI BADA I ICH OMÓWIENIE
Aby szczepiona kopolimeryzacja była efektywna powinna charakteryzowa si zadowalaj cym stopniem szczepienia, krótkimi czasami prowadzenia reakcji oraz jak najmniejsz ilo ci tworzenia si homopolimeru. W pracy przeprowadzono trzy serie do wiadcze , uwzgl dniaj c wpływ nast puj cych parametrów procesu szczepionej kopolimeryzacji, tj. :
− st enie kwasu akrylowego zmieniano w zakresie od 2,5 do 15%, przy stałej T = 368 K i czasie prowadzenia reakcji: t = 30 min dla włókien t = 60 min dla siatek chirurgicznych,
− temperatur zmieniano od 353 K do 373 K, przy stałym st eniu CKA = 7,5%
i czasie t = 30 min dla włókien i t = 60 min dla siatek chirurgicznych,
− czas reakcji zmieniano w zakresie od 15 do 120 min przy zachowaniu stałej temperatury T = 368 K i stałym st eniu kwasu akrylowego CKA = 7,5%.
We wszystkich seriach szczepie zastosowano dodatki NNO i DF w ilo ci po 0,4%wag ka dy w stosunku do masy k pieli szczepi cych.
Z przeprowadzonych bada wynika, e reakcja szczepienia zachodzi bardzo efektywnie przy nast puj cych parametrach reakcji: T = 368 K, CKA = 7,5% wag
i t = 30 min w przypadku szczepienia włókien i t = 60 min dla siatek chirurgicznych. Przy zastosowaniu takich parametrów reakcji otrzymujemy stopie szczepienia włókien XWł = 22,97% i 12,22% stopie szczepienia siatek
chirurgicznych. Tworzy si przy tym niewielka ilo homopolimeru ok 10%. Bior c pod uwag to, e ko cowy wynik szczepienia włókien PP XWł i siatek
chirurgicznych XS jest efektem wpływu poszczególnych parametrów reakcji, tj.
temperatury T, czasu t i st enia kwasu akrylowego CKA w k pieli szczepi cej
przeprowadzono analiz statystyczn wpływu parametrów reakcji na proces szczepienia. Z analizy otrzymanych wyników stwierdzono, e najwi kszy wpływ na zmienn XWł jak i XS ma st enie kwasu akrylowego CKA w k pieli szczepi cej.
Wst pnie modyfikowane monomerami winylowymi włókna polipropylenowe i siatki przepuklinowe posiadaj grupy kwasowe, przez co posiadaj wła ciwo ci jonowymienne. Oznacza to, e mog przył czy biocyd zawieraj cy odpowiednie grupy funkcyjne. W celu nadania włóknom PP i siatkom przepuklinowym wła ciwo ci antybakteryjnych napawano je antybiotykiem z grupy aminoglikozydów
Netylmycyn oraz cefalosporyn III generacji Cefoperazonem – ka dy antybiotyk
osobno. Oprócz wymienionych antybiotyków do modyfikacji szczepionych PKA wyrobów polipropylenowych zastosowano azotan srebra. Na wymienione leki zwrócono uwag przede wszystkim ze wzgl du na ich aktywno bakteriobójcz w stosunku do szerokiego spektrum bakterii chorobotwórczych [18, 19]. Zbadano wpływ parametrów k pieli napawaj cej zawieraj cej lek, tj: st enia leku i czasu trwania napawania oraz stopnia szczepienia włókna b d siatki na stopie napawania Z tych wyrobów. Otrzymane wyniki zamieszczono w tabelach 1-3.
Analizuj c dane przedstawione w tabeli 1-3, mo na zauwa y , e zarówno włókna PP jak i siatki chirurgiczne wej ciowe (bez pierwszego etapu modyfikacji) nie przył czaj leku. Uwarunkowane jest to tym, i wyroby PP nie posiadaj w swojej budowie grup funkcyjnych zdolnych do przył czenia leku. Natomiast wyroby polipropylenowe wst pnie szczepione poli(kwasem akrylowym) − a wi c zawieraj cych w swojej budowie grupy –COOH, efektywnie przył czaj lek, co uwidocznione jest tabelach 1-3.
Na wielko stopnia napawania oprócz stopnia szczepienia wpływa równie st enie leku oraz czas trwania reakcji. Ze wzrostem badanych parametrów ro nie równie stopie napawania.
Tabela 1 Stopnie napawania Cefoperazonem ZWł.Cef włókien PP i ZS.Cef siatek chirurgicznych
wst pnie szczepionych kwasem akrylowym
Tabela 2 Stopnie napawania Netylmycyn ZWł.Net włókien PP i ZS.Net siatek chirurgicznych
wst pnie szczepionych kwasem akrylowym
Parametry k pieli napawaj cej Np. stałe zmienne ZS. Cef % 1 2 3 4 1 2 3 4 Tn = 313 K tn = 60min XS = 12,22% Ccef. 5,0 7,5 10,0 15,0 1,38 4,24 5,72 7,43 5 2 6 tn = 313 K XS = 12,22% Ccef. =7,5% tn 30 60 120 0,23 4,24 5,08 7 8 9 10 2 11 Tn = 313 K tn = 60min Ccef = 7,5% XS 0,00 2,27 3,68 7,99 12,22 18,28 0,00 0,48 0,97 2,15 4,24 6,74 Parametry k pieli napawaj cej
Np. stałe zmienne ZWł..Cef. % 1 2 3 4 1 2 3 4 Tn = 313 K tn = 60min XWł = 22,97% CCef. 5,0 7,5 10,0 15,0 2,03 5,47 8,88 12,09 5 2 6 Tn = 313 K X = 22,97% CCef = 7,5% tn 30 60 120 0,52 5,47 6,83 7 8 9 10 2 11 Tn = 313 K tn = 60min CCef = 7,5% XWł 0,00 2,73 11,01 15,67 22,97 25,81 0,00 0,43 1,39 2,92 5,47 7,01
Parametry k pieli napawaj cej Np. stałe zmienne ZWł.Net % 1 2 3 4 1 2 3 Tn = 313K tn = 60min XWł = 22,97% CNet. 5,0 7,5 10,0 6,05 8,94 11,76 4 2 5 Tn = 313 K XWł = 22,97% CNet. =7,5 % tn 30 60 120 0,86 8,94 9,04 6 7 8 9 2 10 Tn = 313K tn = 60min CNet. =7,5% XWł 0,00 2,73 11,01 15,67 22,97 25,81 0,00 1,97 7,62 8,34 8,94 10,26
Parametry k pieli napawaj cej Np. stałe zmienne ZS.Net % 1 2 3 4 1 2 3 Tn = 313K tn = 60min XS = 12,22% CNet. 5,0 7,5 10,0 3,19 5,36 8,92 4 2 5 Tn = 313K XS = 12,22% CNet. = 7,5% tn 30 60 120 0,42 5,36 7,03 6 7 8 9 2 10 Tn = 313K tn = 60min CNet. = 7,5% XS 0,00 2,27 3,68 7,99 12,22 18,28 0,00 1,54 2,31 3,87 5,36 8,70
Tabela 3 Stopnie napawania Azotanem srebra ZWł.Ag włókien PP i ZS.Ag siatek chirurgicznych
wst pnie szczepionych KA
Aby doł czony do włókien PP i siatek chirurgicznych lek spełniał swoj rol , musi on uwalnia si od wyrobów do rodowiska w odpowiednim czasie, zachowuj c swoj aktywno wobec mikroorganizmów chorobotwórczych. W celu zorientowania si o takich mo liwo ciach wykonano próby kontrolowanego uwalniania biocydu z modyfikowanych włókien PP i siatek chirurgicznych. Uwalnianie prowadzono ok. 800 godzin. Po tym czasie na wyrobach polipro-pylenowych pozostaje jeszcze pewna cz leku, która jest uzale niona od rodzaju leku i od jego pocz tkowej ilo ci.
W praktyce wykorzystywane s równania modelowe uwalniania leków [20-21]. Wydzielanie cefoperazonu z wyrobów PP do odpowiedniego medium mo e by opisane równaniem o postaci:
C = C * k*tbw
gdzie: C – st enie leku po czasie tb; C∞ – st enie leku w stanie równowagi;
k, b – s to stałe charakterystyczne dla układu; w – wykładnik pot gowy. Dobre przybli enie uwalniania Netylmycyny i jonów srebra do wody destylowanej daj równania o charakterze logarytmicznym:
C = C∞ ⋅ k ⋅ log (tb)
Stopie dopasowania krzywych C do wyników do wiadczalnych we wszystkich przypadkach jest wysoki, na co wskazuje współczynnik korelacji r, który jest bliski jedno ci przy prawdopodobie stwie popełnienia bł du p = 0,0000.
Parametry k pieli napawaj cej Np. stałe zmienne ZWł.Ag % 1 2 3 4 1 2 3 4 Tn = 358K tn =90min XWł = 22,97% CAgNO3 2,5 5,0 6,0 7,5 1,45 3,21 4,86 4,98 5 6 7 3 8 Tn = 358K XWł = 22,97% CAgNO3 =6,0% tn 15 30 60 90 120 0,36 1,08 3,58 4,86 5,60 9 10 11 12 3 13 Tn = 358K tn = 90min CAgNO3 = 6,0% XWł 0,00 2,73 4,35 15,67 22,97 25,81 0,00 0,11 0,37 3,24 4,86 5,99
Parametry k pieli napawaj cej Np. stałe zmienne ZS.Ag % 1 2 3 4 1 2 3 4 Tn = 358K tn = 90min XS = 12,22% CAgNO3 2,5 5,0 6,0 7,5 0,84 1,74 3,17 3,42 5 6 7 3 8 Tn = 358K XS = 12,22% CAgNO3 =6,0% tn 15 30 60 90 120 0,12 0,96 2,38 3,17 3,85 9 10 11 12 3 13 Tn = 358K tn = 90min CAgNO3 = 6,0% XS 0,00 2,27 3,68 7,99 12,22 18,28 0,00 0,10 0,31 2,43 3,17 3,82
Tabela 4 Oznaczanie aktywno ci przeciwbakteryjnej metod bezpo redni siatek przepuklinowych
szczepionych PKA i napawanych biocydami (ka dy biocyd osobno)
Bakterie testowe
Escherichiacoli Staphylococcus aureus Pseudomonas aeruginosa
Siatka chirurgiczna
Strefa zahamowania wzrostu [mm]
Próbka kontrolna brak brak brak
Próbka PP-PKA-NET 20,5 16 18
Próbka PP-PKA-CEF 20,5 25 16
Próbka PP-PKA-Ag 4 4 4
Siatka niemodyfikowana (próbka kontrolna) nie wykazywała adnych stref zahamowa wzrostu testowanych bakterii chorobotwórczych. Dla próbki oznaczonej PP-PKA-CEF obserwowano najsilniejsze działanie bakteriobójcze w stosunku do wszystkich badanych bakterii testowych. Strefa hamowania wzrostu wynosiła od 16 do 25 mm, w zale nie od rodzaju bakterii. Nieco ni sz aktywno biobójcz odnotowano dla próby oznaczonej PP-PKA-NET, natomiast siatka napawana azotanem srebra wykazywała du o słabsz aktywno przeciwbakteryjn w porównaniu do siatek napawanych testowanymi antybiotykami.
Oznaczanie aktywno ci przeciwbakteryjnej metod kr kowo-dyfuzyjn wykazało, e przeciwbakteryjne działanie leków utrzymywało si w ci gu 7 dni ekspozycji.
Badanie działania cytotoksycznego przeprowadzono na siatkach przepuklinowych niemodyfikowanych oraz szczepionych PKA (X = 12,22%) i napawanych Cefoperazonem (Z = 5,08%). Wyniki bada działania cytotoksycznego siatek przepuklinowych przedstawiono w tabeli 5.
Tabela 5 Zmiany cytotoksyczne w hodowlach fibroblastów mysich 3T3Balb/C- z wyci gami
kontrolnymi i wyci gami z siatek przepuklinowych
Zmiany
morfologiczne G sto komórek/ ml x 106 martwe % Komórki toksyczno ciStopie
Hodowla
Czas badania - 24 h
Hodowla macierzysta nie stwierdzono 0,72 ±0,026 0 0 Siatki PP nie stwierdzono 0,78 ±0,017 0 0 Siatki PP-PKA-CEF nie stwierdzono 0,76 ±0,01 0 0
Czas badania - 48 h
Hodowla macierzysta nie stwierdzono 1,26 ±0,035 0 0 Siatki PP nie stwierdzono 1,32 ±0,021 0 0 Siatki PP-PKA-CEF nie stwierdzono 1,28 ±0,017 0 0
Czas badania - 72 h
Hodowla macierzysta nie stwierdzono 2,1 ±0,17 1 0 Siatki PP nie stwierdzono 2,18 ±0,07 1 0 Siatki PP-PKA-CEF nie stwierdzono 2,24 ±0,02 1 0
Po 24, 48 i 72 h w macierzystych hodowlach kontrolnych, wyci gami z siatek przepuklinowych PP oraz wyci gami z modyfikowanych siatek przepuklinowych PP-PKA-CEF komórki przylegały do podło a i miały prawidłowe cechy morfo- logiczne. Nie stwierdzono aglutynacji, wakuolizacji, oddzielania od podło a ani lizy błon komórkowych. Proliferacja komórek była prawidłowa. Komórki fibroblastów mysich tworzyły kolonie, które pokrywały cał płytk . Po 24 i 48 h w hodowlach z wyci gami z badanych siatek PP oraz siatek PP-PKA-CEF nie stwierdzono komórek martwych. Po 72 h odsetek komórek martwych był identyczny jak w hodowlach macierzystych, 1% komórek martwych.
Badanie działania dra ni cego po iniekcji badanych wyci gów i roztworów kontrolnych przeprowadzano po 24, 48 i 72 h.
Dla ka dego zwierz cia zsumowano Punktacj Pierwotnego Podra nienia oddzielnie dla rumienia i obrz ku, uzyskiwane dla ka dego wyci gu i ka dego czasu badania, po czym podzielono przez całkowit liczb obserwacji. Podobnej oceny dokonano w odniesieniu do miejsc kontrolnych. Na podstawie uzyskanej Punktacji Pierwotnego Podra nienia dla ka dego badanego wyci gu obliczono Wska nik Pierwotnego Podra nienia: WPP = suma Punktacji Pierwotnego Podra nienia wyci gów minus suma Punktacji Pierwotnego Podra nienia roztworów kontrolnych, podzielona przez liczb zwierz t. Punktacj Pierwotnego Podra nienia podano w tabeli 6.
Wska nik Pierwotnego Podra nienia obejmuje nast puj ce kategorie: Bez znaczenia 0,0 do 0,4
Lekkie 0,5 do 1,9
rednie 2,0 do 4,9
Ci kie 5,0 do 8,0
W miejscach wstrzykni wyci gów polarnych przygotowanych z siatek przepuklinowych PP i PP-PKA-CEF oraz polarnych roztworów kontrolnych, bezpo rednio po wykonaniu iniekcji oraz po 24, 48 i 72 h, nie stwierdzono zmian skórnych w postaci rumienia lub obrz ku skóry. Po 24 h w miejscach wstrzykni wyci gów niepolarnych przygotowanych z siatek przeciw-przepuklinowych PP i PP-PKA-CEF oraz niepolarnych roztworów kontrolnych stwierdzono ledwie widoczne zaczerwienienie skóry. Po 48 i 72 h nie stwierdzono zmian skórnych w postaci rumienia lub obrz ku skóry.
Wska nik Pierwotnego Podra nienia dla wyci gów polarnych i niepolarnych z siatek przepuklinowych PP i PP-PKA-CEF wyniósł 0 a zatem nie wykazuj działania dra ni cego.
Tabela 6 Punktacja Pierwotnego Podra nienia dla wyci gów polarnych i niepolarnych z siatek PP
przeciwprzepuklinowych
Pierwotna Punktacja Podra nienia Wyci g polarny siatek
PP roztwór soli-kontrola Fizjologiczny Wyci g niepolarny siatek PP Olej sezamowy- kontrola Rumie 1 0 0 0,33 0,33 2 0 0 0,33 0,33 3 0 0 0,33 0,33 Razem 0 0 0,99 0,99 Obrz k 1 0 0 0 0 2 0 0 0 0 3 0 0 0 0 Razem 0 0 0 0
Wyci g polarny siatek
PP-PKA-CEF roztwór soli-kontrola Fizjologiczny
Wyci g niepolarny siatek PP-PKA-CEF Olej sezamowy- kontrola Rumie 1 0 0 0,33 0,33 2 0 0 0,33 0,33 3 0 0 0,33 0,33 Razem 0 0 0,99 0,99 Obrz k 1 0 0 0 0 2 0 0 0 0 3 0 0 0 0 Razem 0 0 0 0
4. WNIOSKI
1. Opracowano metod otrzymywania antybakteryjnych wyrobów z polipropylenu: włókien i siatek chirurgicznych przepuklinowych, na które s wra liwe bakterie Gram − dodatnie (gronkowiec złocisty) i Gram − ujemne (pałeczka okr nicy i pałeczka ropy bł kitnej). Metoda ta polegała na dwustopniowej modyfikacji wyrobów polipropylenowych. W pierwszym etapie modyfikacji do tworzywa włókna wprowadza si grupy karboksylowe metod szczepienia, a nast pnie wyroby te napawa si roztworami biocydów: antybiotykami z grupy cefalosporyn (Cefoperazonem), aminoglikozydów (Netylmycyn ) oraz azotanem srebra.
2. Szczepienie monomerów winylowych (kwasu akrylowego) na wyrobach polipropylenowych, polegało na wytworzeniu na włóknach i siatkach chirurgicznych grup wodoronadtlenkowych i nadtlenowych przed procesem
szczepienia w wyniku: napawania ich roztworem nadtlenku benzoilu w podwy szonej temperaturze. Zainicjowane wyroby szczepi si nast pnie w k pieli zawieraj cej oprócz monomeru winylowego równie dyspergator oraz aktywator reakcji. Dodatki te powoduj zmniejszenie lub wyeliminowanie mo liwo ci tworzenia si produktu ubocznego (homopolimeru), co czyni ten proces wysoce ekonomicznym.
3. Z warto ci obliczonego stopnia szczepienia i ilo ci tworz cego si w toku reakcji homopolimeru oraz warto ci efektywno ci szczepienia, stopnia przereagowania i stosunku szczepienia ustalono najkorzystniejsze parametry reakcji szczepienia, które przedstawiaj si nast puj co:
− dla włókien PP: CKA = 7,5%, t = 30 min, T = 368K, CNNO = 0,4%, CDF = 0,4%;
− dla siatek chirurgicznych: CKA = 7,5%; t = 60min, T = 368K, CNNO = 0,4%,
CDF = 0,4%.
4. Wyroby PP zawieraj ce w swojej budowie grupy karboksylowe mo na modyfikowa w dalszym ci gu biocydami o odpowiedniej budowie, nadaj c im efekt biocydowo ci w stosunku do bakterii chorobotwórczych.
5. Poprzez badania uwalniania biocydów do wody, soli fizjologicznej lub odpowiedniego buforu mo na przewidzie ich działanie na wy ej wymienione bakterie.
6. W testach in vitro zbadano wła ciwo ci biocydowe wej ciowych i modyfiko-wanych siatek chirurgicznych, które przedstawiaj si nast puj co:
− siatki chirurgiczne wej ciowe (niemodyfikowane) nie wykazuj stref zahamowania wzrostu bakterii,
− siatki chirurgiczne modyfikowane, tj. zawieraj ce w swojej budowie biocyd: antybiotyk Cefoperazon i Netylmycyn (ka dy antybiotyk osobno) oraz srebra w grupie karboksylowej szczepionego wyrobu PP s aktywne w stosunku do bakterii chorobotwórczych co wyra a si strefami zahamowania ich wzrostu oznaczonych metod bezpo redni ,
− antybakteryjne działanie antybiotyków utrzymuje si w ci gu siedmiu dni bada , co stwierdzono badaniami in vitro,
− wyci gi kontrolne i wyci gi z siatek przeciwprzepuklinowych wej ciowych jak i napawanych Cefoperazonem nie wykazuj działania cytotoksycznego w hodowlach fibroblastów mysich.
7. Z bada in vivo wynika, e wska nik pierwotnego podra nienia dla wyci gów polarnych i niepolarnych z siatek przepuklinowych wyj ciowych jak i napawanych Cefoperazonem wyniósł 0 a zatem nie wykazuj one działania dra ni cego.
LITERATURA
[1] S. Mazurkiewicz: Polimery 1999, 44, nr 6.
[2] M. Nał cz: Biocybernetyka i In ynieria Biomedyczna 2000 tom IV Biomateriały;
redaktorzy tomu S. Bła ewicz, L. Stoch; Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT Warszawa 2003,ISBN: 83-87674-58-3.
[3] A. E. Cameron, R. C. Gray, R. W. Talbot, A. P. Wyatt: Br. J. Surg. Vol 67,
487-488, 1980.
[4] T. E. Bucknal, P.J. Cox, H. Ellis: Br. Med. J., 284, 931-933, 1982.
[5] M. W. King et al.: The Performance of Resorbable Coatings on braided Surgical
Sutures, Word Textile Conference 2nd AUTEX Conference, Bruges, Belgium, 1-3
July 2002.
[6] J. A. M sior: Wiadomo ci Lekarskie, 56(1-2): 82-84, 2003.
[7] Konferencja Naukowo – Szkoleniowa,,Implanty syntetyczne w chirurgii przepuklin
brzusznych’’ winouj cie – Ystad 8-10. 06. 2001.
[8] Z. Mackiewicz: Współczesne leczenie przepuklin brzusznych, Wydawnictwo
lekarskie PZWL, Warszawa 2006, ISBN 83-200-3227-X.
[9] M. Józefowicz, A. Biskupski, L. Teresi ski: IV Mi dzynarodowa Konferencja
Naukowa MEDTEX 2002 Łód .
[10] G. Welty, U. Klinge, B. Klosterhalfen et al: Hernia, 5, 142, 2001.
[11] M. Drews, R. Marciniak: Medycyna Praktyczna, Chirurgia, 02, 17-26, 2006.
[12] M. E. Falagas, S. K. Kasiakou, Clin. Microbiol. Infect., 11, 3 – 8, 2005.
[13] A. M. Carbonell, B. D. Matthews, D. Dreau, et al: Surg. Endosc., 19, 430-435, 2005.
[14] M. Miazga-Karska, G. Ginalska: Engineering of Biomaterials, 67-68 p. 19-20, 2007,
[15] J. Buche ska: Patent Polski 179483 (2000).
[16] J. Boche ska: J. Appl. Polym. Sci., 80, 1914 (2001).
[17] J. Buche ska, E. Boruszewska: Modification of Polypropylene fibres by Grafting
with Poly(methacrylic acid), Polymers for the 21st Century, Proceedings of the 5th
International Polymer Seminar Gliwice 2003, p. 317 – 322, ISBN 83-87576-02-6.
[18] Praca zbiorowa, Farmakopea Polska VI, Wydawnictwo Polskiego Towarzystwa
Farmaceutycznego, Warszawa 2002.
[19] A. Chmiel, S. Grudzi ski: Biotechnologia i Chemia Antybiotyków, Wydawnictwo
Naukowe PWN Warszawa 1998.
[20] A. Połowi ska, L. Szosland, J. Szumilewicz, S. Połowi ski: Polimery, 34, 70 (1990),
[21] A. Połowi ska, L. Szosland, A. Pierzchlewska, S. Połowi ski: Polimery, 35, 444
(1990).
MODIFIED POLYPROPYLENE FIBRES FOR THE
MEDICAL USE
Summary
The aim of the dissertation was to obtain fibres and polypropylene materials for medical use with prolonged biocidal activity.
The assumption was that biocide should be able to bond to the polypropylene fibre material through chemical bonds. This creates the possibility for biocide at appropriate concentration to detach at a certain time, keeping however, its activity against pathogenic microorganisms. Due to the fact that polypropylene fibres do not have appropriate functional groups that would be able to bond the drug so as to provide them with antibacterial properties, a two-stage modification of polypropylene fibres and hernia nesh was carried out.
Modification was based on introducing carboxylic groups at the first stage into the macroparticles of the polymer through PAA grafting. At the second stage of modification, polypropylene materials that included carboxylic groups were imbued with the biocidal solution of: cephalosphorine of the third generation (Cephoperazone), amicoglicozydes (Netylmycyne) and non-organic salts - silver nitrate (each medicine individually).
Grafting reaction parameters were adjusted in such a way that a by-product would be created in slight amounts only, thus this method proves to leave practically no by-products behind and is also very economical.
There was also an in vitro microbiological evaluation carried out of the antibacterial properties and cytotoxic activity of the modified hernia nesh. It has been concluded that hernia nesh that included biocide in their structure, are highly active against standardized Gram-positive and Gram-negative bacteria strains, e.g. S aureus, E-coli and P. aeruginosa, without showing any cytotoxic activity at the same time. Introductory tests (in vivo) shown that modified PP nesh do not present any irritating activities.
